Mehr Effizienz und Prozesssicherheit durch CFD-Simulation in der Stromtrocknung

In der Stromtrocknung erfolgt die Produktaufgabe in einem Steigrohr, in dem das Trocknungsgut nur wenige Sekunden verweilt. In dieser kurzen Zeitspanne entscheidet die Homogenität der Trocknungsluft über Effizienz und Produktqualität.
Bei der Mischung von heißer Verbrennungsluft (>1000 °C) mit Frischluft (ca. 20 °C) treten häufig starke Temperaturunterschiede auf. Besonders problematisch ist, dass sich die heißen Verbrennungsgase aufgrund ihrer hohen Viskosität nur unzureichend mit der Frischluft vermischen. Es entstehen sogenannte „heiße Strähnen“, die zu lokalen Übertemperaturen führen können.

Diese Ungleichverteilungen haben gravierende Folgen:

• Durchsatzminderungen durch ungleichmäßige Trocknung,

• Qualitätseinbußen oder Schädigung des Gutes durch Übertemperaturen,

• Anbackungen an den Rohrwänden durch lokale Hitzespitzen.

Um diese Effekte zu verstehen und gezielt zu beseitigen, wurde der Luftmischprozess mithilfe von CFD-Strömungssimulationen (Computational Fluid Dynamics) detailliert untersucht. Die Simulationen zeigten deutlich die stark ausgeprägten Temperaturunterschiede im Luftstrom vor der Produktaufgabe.

Bild 1: Strömungsbild vor der Optimierung – ungleichmäßige Temperaturverteilung

Bild 2: Temperaturverteilung ohne Mischelement – Differenzen von bis zu 150 K

Auf Basis dieser Analysen entwickelte Münstermann ein statisches Mischelement, das in der Heißgasstrecke hinter dem Brenner installiert wird. Dieses sorgt dafür, dass sich heiße und kalte Strömungsbereiche effizienter durchmischen.

Nach der Implementierung des Mischelements wurde die Strömung erneut simuliert und messtechnisch überprüft. Die Ergebnisse zeigen eine deutliche Verbesserung:

Bild 3: Strömungsbild mit Mischelement – gleichmäßigere Temperaturverteilung

Bild 4: Optimierte Temperaturverteilung – Differenzen nur noch 13 K

Diese Homogenisierung der Trocknungsluft führt zu:

• konstanten Prozessbedingungen,

• höherer Produktqualität,

• reduziertem Energieverbrauch,

• geringerem Wartungsaufwand durch weniger Anbackungen.

Die Kombination aus CFD-Simulation und praxisorientierter Entwicklung zeigt exemplarisch, wie Münstermann Forschung und Anwendung miteinander verbindet.
Durch den gezielten Einsatz digitaler Methoden können Prozesse transparent analysiert, Schwachstellen frühzeitig erkannt und Lösungen effizient umgesetzt werden – ein klarer Mehrwert für unsere Kunden in der thermischen Verfahrenstechnik.